Energipålar – ett miljövänligt val för byggkonstruktioner

Installerade energipålar.

Idag grundläggs många nya byggnader med prefabricerade betongpålar som installeras för att ge en stabil grund. Med ingjutna kollektorrör i pålarna och en tillkopplad värmepump blir det möjligt att använda pålarna för att både värma och kyla en byggnad. Denna lösning, som kallas energipålar, är en vedertagen teknik som används bland annat i södra Europa, men är på uppgång även i kallare klimat som i Norden.

Kombinationen av prefabricerade betongpålar och geotermisk energi har en stor, outnyttjad potential. Geotermisk energi är efter solenergi den största värmekällan som dessutom är både konstant och miljövänlig. Genom att nyttja den geotermiska energin och kombinera den med en betongpåles ändamål, dvs. att skapa en stabil grund, finns det en lösning på hur man kan optimera energitillförsel och samtidigt effektivisera kostnaderna för grundläggning vid nybyggnationer. Tekniken finns men har hittills inte varit tillräckligt vedertagen här i Skandinavien. Med större krav på mer klimatneutrala lösningar på uppvärmning och kylning av byggnader blir denna teknik mer aktuell även på den nordiska marknaden och riktar sig i första hand till nybyggnationer med behov av både värme och kyla.

bild
Energipålen är en traditionell prefabricerad betongpåle som är gjuten med armeringsnät och betong. Skillnaden är de inbäddade kollektorrören, där cirkulationen av vätska absorberar eller avger värme från/till pålen och marken.

Kan energipålar vara en del av den lösning vi söker?

I Norden grundläggs många stora byggnader på prefabricerade betongpålar. Pålar upp till 18 meter skarvas och installeras på djup ner till 90 meter för att säkra en stabil grund. Pålarna används i områden där marken har undermålig bärförmåga.

Energipålar skiljer sig från vanliga prefabricerade betongpålar genom att de innehåller kollektorrör som fylls med vätska efter att grundläggningen är avslutad. Genom att utnyttja flödet av vätska i kollektorrören kan stabil geotermisk värme absorberas från 8–18 meters djup. Detta kan i kombination med en värmepump ge 3–4 kWh värme genom att lägga till 1 kWh el. Kommer elen från sol, vind- eller vattenkällor blir denna lösning både miljövänlig och hållbar. Energipålarnas fördelar är att de kan användas för uppvärmning och kylning av byggnader samt lagra överskottsvärme från sommar till vinter.

I de jordlager där energipålarna har sin verkan (8–18 meter) är den geotermiska temperaturen stabil på ca 8–12 grader. Detta garanteras genom att överskottsvärme transporteras ur byggnaden på sommaren via vätskan i kollektorrören - vilket samtidigt tillför en behaglig rumstemperatur i byggnaden. Påföljande vinter används överskottsvärmen i marken för att värma upp byggnaden. Med denna teknik skapar man ett "värmebatteri" i marken under byggnaden. För optimal användning av systemet bör både värme- och kylningssystemet vara i bruk. En annan stor fördel som tillskrivs användningen av energipålar, är att när man pålar för nya bostadsområden, får man både uppvärmning och grundläggning i samma lösning. Därmed minskar energipålarna den totala kostnaden för byggnaderna.

Samarbete med experter inom energidesign banar väg för framgångsrika projekt med energipålar

Som producent av prefabricerade betongpålar har Centrum Pile kunskapen om tillverkningen av energipålar. För att energipålen ska fungera optimalt är det nödvändigt att samarbeta med erfarna energidesigners för att implementera rätt hård- och mjukvara för att använda energin från energipålarna så effektivt som möjligt. Centrum Pile har därför starka partners att samarbeta med vid installation av energipålar i nya byggnader.

Våra samarbetspartners har kompetensen att ansluta energipålar till den bäst lämpade typen av värmepump och att se till att energipålarna fungerar synkront med resten av byggnadens energikällor (dvs. solpaneler, extra borrhål, ventilationssystem etc.)

bild

Dimensioneringsverktyg för optimerad leveranskapacitet

Under 2018 bevisade ett doktorandprojekt energipålarnas långsiktiga effekt. Forskningen, som genomfördes av Maria Alberdi-Pagola i samarbete med Centrum Pile och flera erkända utbildnings-institutioner, ledde bland annat till utvecklingen av ett unikt dimensioneringsverktyg.

Avhandlingen resulterade i kunskap om prognostiseringsprocessen när man designar med energipålar, och det mest betydelsefulla resultatet av projektet, var utvecklingen av det verktyg som beräknar den optimala mängden energipålar som behövs för att uppnå maximal prestanda.

Beräkningen förutsätter dock att kunden i förväg är medveten om följande faktorer som behövs för att nyttja verktyget:

  • Byggnadens energibehov i effekt och årsbehov - uppvärmning, men om möjligt även kylning
  • Byggnadens yta
  • Antalet förväntade prefabricerade pålar och deras dimensioner och längder eller eventuellt en pålplan (översikt över var pålarna ska placeras)
  • Geotekniska rapporter för det område där byggnaden ska stå, där jordlagrens värmeledningsförmåga kan avläsas. Alla ovanstående faktorer ingår normalt i utformningen av nya byggnader och behöver därför inte förberedas enbart för energipålarnas skull.

När ovan information finns tillgänglig, kan en första screening förberedas. Screeningen ger en indikation på hur mycket energi som energipålarna kan förse byggnaden med, samt hur många energipålar kunden bör förvänta sig, för att uppnå hela eller delar av byggnadens energiförsörjning. Screeningen är dock endast en inledande analys, som behöver följas upp och en energidesigner behöver involveras för att uppnå bästa möjliga prestanda och sammansättning av systemet.

Centrum Pile i Sverige är grundlagt med energipålar

Centrum Pile slutförde nyligen byggnationen av sin nya kontorsbyggnad, som förutom kontor innehåller en stor matsal, kök, omklädningsrum, konferensrum och mötesytor. I syfte att nyttja denna hållbara metod av uppvärmning och kylning från marken, är byggnaden grundlagd på 48 energipålar.

Genom att använda dimensioneringsverktyget innan installationen av energipålar, säkerställde man att marken i första hand skulle kunna leverera den energi som krävdes. Detta för att tillgodose byggnadens energibehov och i andra hand att 48 pålar skulle vara det antal pålar som krävdes för att överföra denna energi.

För att göra systemet så effektivt som möjligt samarbetade Centrum Pile med en energidesigner och specialist på värmepumpar för att skapa ett optimalt upplägg, som ger den mest effektiva kostnaden när det gäller energiproduktion i förhållande till tillförd el.

I prestandarapporten avseende Centrum Piles kontor för Q4 2021 visar systemet att vi uppnått 82% av det förväntade uttaget för året på bara 3 månader. Resultatet tyder på ett bättre utfall än förväntat men ska verifieras under en längre period.

Hur fungerar installationen i praktiken?

Energipålarna installeras i marken på samma sätt som vanliga prefabricerade betongpålar. När pålarna väl är installerade i marken ansluts de rör som kommer ut från energipålarnas till värmepumpen. Innan rören ansluts till värmepumpen utförs tryckprov för att säkerställa att rören i energipålarna är 100 % luft- och vattentäta.

bild

Sommar

Genom att cirkulera den svala vätskan från pålarna i byggnaden, kan överskottsvärme extraheras och lagras i marken, vilket håller marken vid en balanserad temperatur.

Marktemperaturer på 8-10 °C garanterar en EER* på 20-30 med rätt inställning och dimensionering

*EER: Energy Efficiency Ratio; beskriver effektiviteten hos ett kylsystem. EER på 20 = 1 kWh tillförd el ger 20 kWh total energiproduktion.

Vinter

Den lagrade energin i marken används för att värma upp byggnaden tillsammans med en värmepump.

Marktemperaturer på 8-10 °C säkerställer en COP** på 3,5-6 med rätt uppställning och dimensionering av värmepumpen.

**COP: Coefficient of Performance; beskriver effektiviteten hos ett

En stabil grund med hållbarhet i fokus

Energipålarnas teknik kan bidra till en möjlig lösning för den gröna omvandlingen inom uppvärmning och kylning, eftersom de producerar 100 % miljövänlig energi när de kombineras med el från sol-, vind- eller vattenkraft. Dessutom kan stora besparingar uppnås när det kommer till kostnader för värme och kyla. För att nå ut med denna teknik krävs det att konstruktörer är medvetna om att lösningen finns, något Centrum Pile arbetar aktivt med. Nu är det bara en tidsfråga innan byggbranschen tar steget och ser den stora potential som energipålar innebär.

Om du vill se en visualisering av energipålarna har Centrum Pile-gruppen gjort en kort animation som ger en adekvat inblick i hur energipålarna fungerar. Läs gärna mer genom att besöka centrumpile.se. Skanna QR koden för att se en video om energipålar:

Foto